材料工程原理干燥精选文档.ppt

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1、本讲稿第一页，共一百零四页一、固体物料的去湿方法二、干燥过程的分类三、对流干燥过程原理四、对流干燥过程实质五、干燥过程基本问题本讲稿第二页，共一百零四页去湿:除去固体物料、半成品和成品中含有的水分或其它湿分。去湿目的:1）工艺要求；2）贮存；3）运输。去湿的方法有三类：p1.机械去湿法：通过过滤、离心分离等除去湿分，但湿分除不尽；p2.物理化学去湿法：用吸湿性物料，如石灰、无水氯化钙等吸收水分；p3.热能去湿法(干燥）：即借热能使物料中的水分（或其它湿分）汽化，并将蒸气排除以除去湿分的方法。一、固体物料的去湿方法一、固体物料的去湿方法本讲稿第三页，共一百零四页工业去湿方法：先采用机械方法把固体

2、所含的绝大部分湿份除去，然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，以降低除湿的成本。一、固体物料的去湿方法一、固体物料的去湿方法按操作压力分有：常压干燥和真空干燥。优点优点：操作温度低，干燥速度快，热的经济性好；操作温度低，干燥速度快，热的经济性好；适用于维生素、抗菌素等热敏性产品以及在空气中易氧化、易燃易爆产品；适用于维生素、抗菌素等热敏性产品以及在空气中易氧化、易燃易爆产品；适用于含有溶剂或有毒气体的物料，溶剂回收容易；适用于含有溶剂或有毒气体的物料，溶剂回收容易；产品含水量可以很低，适用于低含水量的产品。产品含水量可以很低，适用于低含水量的产品。缺点缺点：加料口与产品排出口等处的密封

3、困难，大型化、连续化生产有困难：加料口与产品排出口等处的密封困难，大型化、连续化生产有困难。本讲稿第四页，共一百零四页按操作方式分有：连续式干燥和间歇式干燥。按热能传递给湿物料的方式分有：传导干燥传导干燥：利用热传导方式将热量通过干燥器壁面传给湿物料，使其中的湿分汽化。被干燥的物料与加热介质不直接接触，属间接干燥 优点：热能利用较多 缺点：与传热壁面接触的物料易局部过热而变质，受热不均匀。二、干燥过程的分类二、干燥过程的分类本讲稿第五页，共一百零四页按热能传递给湿物料的方式分有：对对流流传传热热干干燥燥：热空气或热烟气等干燥介质与湿物料接触，以对流方式向物料传递热量，使湿分气化。物料内部的水分

4、以气态或液态形式扩散至物料表面，然后汽化的蒸汽从表面扩散至干燥介质主体，再由介质带走。优点：受热均匀，所得产品的含水量均匀。缺点：热利用率低。二、干燥过程的分类二、干燥过程的分类本讲稿第六页，共一百零四页按热能传递给湿物料的方式分有：红外线辐射干燥法红外线辐射干燥法：辐射线作用到被干燥物料，部分反射和透过，其余被吸收，吸收的辐射线转化为热量，从而使得湿分汽化。另：当被干燥物料分子的运动频率（固有频率）与射入的红外线频率相等时会产生共振现象，物质分子运动振幅增大，内部发生激烈摩擦而产生热能。故当频率匹配时，可节省能源。优点：生产能力强缺点：能耗大二、干燥过程的分类二、干燥过程的分类本讲稿第七页，

5、共一百零四页按热能传递给湿物料的方式分有：微波加热（超高频电磁波）干燥法：微波加热（超高频电磁波）干燥法：湿物料中水分子的偶极子在微波能量作用下发生激烈的旋转运动而产生热能。介电加热干燥法：介电加热干燥法：将需干燥的物料置于交频电场内，利用高频电场的交变作用将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。优点：内部加热方式干燥时间短，干燥产品均匀而洁净。缺点：费用大。冷冻干燥冷冻干燥 联合干燥联合干燥二、干燥过程的分类二、干燥过程的分类本讲稿第八页，共一百零四页目前，工业上应用最普遍的是对流干燥对流干燥。通常使用的干燥介质是空气，被除去的湿分是水分。本章中主要讨论对流干燥，且只限于以热空气为干燥介质且除去

6、的湿分为水分的干燥。本章主要介绍此类以热空气为干燥介质，湿分为水的对流加热干燥。二、干燥过程的分类二、干燥过程的分类本讲稿第九页，共一百零四页由由于于温温差差的的存存在在，气气体体以以对对流流方方式式向向固固体体物料传热，使湿份汽化；物料传热，使湿份汽化；在在分分压压差差的的作作用用下下，湿湿份份由由物物料料表表面面向向气流主体扩散，并被气流带走。气流主体扩散，并被气流带走。温温度度为为 t、湿湿份份分分压压为为 p 的的湿湿热热气气体体流流过过湿湿物物料料的的表表面面，物物料料表表面面温温度度ti 低低于于气气体体温温度度 t。HtqWtippiM本讲稿第十页，共一百零四页干干燥燥介介质质：

7、用用来来传传递递热热量量（载载热热体体）和和湿湿份（载湿体）的介质。份（载湿体）的介质。注注意意：只只要要物物料料表表面面的的湿湿份份分分压压高高于于气气体体中中湿湿份份分分压压，干干燥燥即即可可进进行行，与与气气体体的的温温度度无无关关。气气体体预预热热并并不不是是干干燥燥的的充充要要条条件件，其其目目的的在在于于加加快快湿湿份份汽汽化化和和物物料料干干燥的速度，达到一定的生产能力。燥的速度，达到一定的生产能力。HtqWtippiM干燥是热、质同时传递的过程本讲稿第十一页，共一百零四页干燥过程干燥过程热空气流过湿物料表面热量传递到湿物料表面湿物料表面水分汽化并被带走表面与内部出现水分浓度差内

8、部水分扩散到表面传热过程传质过程传质过程干燥过程推动力干燥过程推动力传质推动力传质推动力：物料表面水分压：物料表面水分压P表水表水 热空气中的水分压热空气中的水分压P空水空水传热推动力传热推动力：热空气的温度：热空气的温度t空气空气 物料表面的温度物料表面的温度t物表物表本讲稿第十二页，共一百零四页除水分量空气消耗量干燥产品量热量消耗干燥时间物料衡算能量衡算涉及干燥速率和水在气固相的平衡关系涉及湿空气的性质解决这些问题需要掌握的基本知识有：解决这些问题需要掌握的基本知识有：(1)湿分在气固两相间的传递规律；湿分在气固两相间的传递规律；(2)湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化；湿气体的性质及在

9、干燥过程中的状态变化；(3)物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；(4)干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。本本章章主主要要介介绍绍运运用用上上述述基基本本知知识识解解决决工工程程中中物物料料干干燥燥的的基基本本问问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。本讲稿第十三页，共一百零四页一、湿空气的性质二、湿空气的湿焓图本讲稿第十四页，共一百零四页湿空气：指绝干空气与水蒸汽的混合物。湿空气的性质湿度性质(绝对湿度、相对湿度、湿含量)温度性质(干球温度、湿

10、球温度、露点温度、绝热饱和冷却温度)容积性质(密度、比容)比热性质(比热容、焓)研究湿空气，就是研究湿空气的四大性质。本讲稿第十五页，共一百零四页为了研究方便，假设：(1)干燥过程的湿空气，可以作为理想气体处理，满足理想气体方程式、道尔顿分压定律。(2)因为干空气只作为载热体，它的质量在干燥过程中始终保持不变，所以湿空气的有关参数都以单位质量的干空气为基准。(3)系统总压P=101.33kPa。本讲稿第十六页，共一百零四页湿空气服从理想气体状态方程和道尔顿分压定律湿空气服从理想气体状态方程和道尔顿分压定律干空气、水蒸气看作理想气体，从而：湿空气湿空气干空气干空气水蒸气水蒸气+本讲稿第十七页，共

11、一百零四页(1)(1)绝对湿度绝对湿度绝对湿度绝对湿度单位体积湿空气中所含水蒸气的质量符号“w”，单位为kg/m3饱和空气饱和空气空气的绝对湿度就是在空气温度及水蒸气分压空气的绝对湿度就是在空气温度及水蒸气分压下的水蒸气密度下的水蒸气密度湿空气中所含水蒸气的量称为空气的湿度。湿空气中所含水蒸气的量称为空气的湿度。三种表示方式：三种表示方式：本讲稿第十八页，共一百零四页绝绝对对湿湿度度只只表表示示湿湿空空气气中中所所含含水水份份的的绝绝对对数数，不不能能反反映映空空气气偏偏离离饱饱和和状状态态的程度（即气体的吸湿能力）。的程度（即气体的吸湿能力）。相相对对湿湿度度：在在总总压压和和温温度度一一定

12、定时时，湿湿空空气气中中水水汽汽的的分分压压 p pV V 与与系系统统温温度度下下水水的的饱饱和和蒸汽压蒸汽压 p ps s 之比的百分数。之比的百分数。相相对对湿湿度度：在在总总压压和和温温度度一一定定时时，湿湿空空气气的的绝绝对对湿湿度度w与与饱饱和和空空气气的的绝绝对对湿湿度度sw之比之比2.湿度的表示方法湿度的表示方法本讲稿第十九页，共一百零四页值值说说明明湿湿空空气气偏偏离离饱饱和和空空气气或或绝绝干干空空气气的的程程度度，值值越越小小吸吸湿湿能能力力越越大；大；=0，pw=0时，表示湿空气中不含水分，为绝干空气。时，表示湿空气中不含水分，为绝干空气。=1，pw=psw时，表示湿空

13、气被水汽所饱和，不能再吸湿。时，表示湿空气被水汽所饱和，不能再吸湿。(2)相对湿度（相对湿度（Relative humidity）2.湿度的表示方法湿度的表示方法本讲稿第二十页，共一百零四页(3)湿含量湿含量2.湿度的表示方法湿度的表示方法湿含量湿含量每千克干空气所含水蒸气的质量，每千克干空气所含水蒸气的质量，符号符号“x”或或“H”，单位单位“kg-H2O/kg-干空气干空气”湿湿物物料料在在一一定定量量的的空空气气中中干干燥燥时时，随随着着物物料料中中水水分分的的蒸蒸发发，空空气气的的湿湿度度将将逐逐渐渐增增大大，但但绝绝干干空空气气的的质质量量仍仍保保持持不不变变，因因此此，在在干干燥燥

14、过过程程中中，采采用用1kg绝干空气作为计算基准比较方便。绝干空气作为计算基准比较方便。令令s为为单单位位体体积积湿湿空空气气在在总总压压P及及温温度度T时时的的质质量量，即即湿湿空空气气的的密密度度，则则按质量平衡有：按质量平衡有：本讲稿第二十一页，共一百零四页(3)湿含量湿含量2.湿度的表示方法湿度的表示方法湿含量方程湿含量方程 根据湿含量的定义，则根据湿含量的定义，则空气的总压为一定时：空气的总压为一定时：本讲稿第二十二页，共一百零四页3.湿空气的密度与比容湿空气的密度与比容密度：密度：密度：密度：比容：比容：比容：比容：根据理想气体状态方程1kg1kg湿空气湿空气湿空气湿空气所具有的体

15、积（所具有的体积（包括（包括（1-x）kg绝干空气及绝干空气及x kg水）水）本讲稿第二十三页，共一百零四页湿空气的焓或热含量：单位质量绝干空气在常压下，以0度为基准的热焓。（1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。）由于焓是相对值，计算焓值时必须规定基准状态和基准温度，一般以0为基准，且规定在0时绝干空气和水汽的焓值均为零，则对于空气对于空气-水系统水系统：显热项汽化潜热项本讲稿第二十四页，共一百零四页当热、质传递达平衡时，气体对液体的供热速率恰等于液体汽化的需热速率时：(1)干干球球温温度度 t：湿湿空空气气的的真真实实温温度度，简简称称温温度度(或或 K)。将将温温度度计计直直接接插插在湿

16、空气中即可测量。在湿空气中即可测量。(2)空空气的湿球温度（气的湿球温度（Wet-bulb temperature）a.定义定义qN对流传热hkH气体t,H气膜对流传质液滴表面tw,Hw液滴 湿球温度湿球温度 twb 定义式定义式 本讲稿第二十五页，共一百零四页因因流流速速等等影影响响气气膜膜厚厚度度的的因因素素对对 和和 kd 有有相相同同的的作作用用，可可认认为为 kd/与与速速度度等等因因素无关，而仅取决于系统的物性。素无关，而仅取决于系统的物性。对于空气对于空气-水系统：水系统：结论：结论：tw b=f(t,x)，气体的，气体的 t 和和 x 一定，一定，tw b为定值。为定值。本讲稿

17、第二十六页，共一百零四页湿湿球球温温度度计计测测定定湿湿球球温温度度的的条条件件是是保保证证纯纯对对流流传传热热，即即气气体体应应有有较较大大的的流流速速和和不不太太高高的的温温度度，否否则则，热热传传导导或或热热辐辐射射的的影影响响不不能能忽忽略略，测测得得的湿球温度会有较大的误差。的湿球温度会有较大的误差。通通过过测测定定气气体体的的干干球球温温度度和和湿湿球球温温度度，可可以以计计算算气体的湿度：气体的湿度：气体ttw本讲稿第二十七页，共一百零四页物料充分湿润，湿分在物料表面的汽化和在液面上汽化相同。物料经过预热，很快达到稳定的温度，由于对流传热强烈，物料温度接近气体的湿球温度twb。对

18、于空气-水系统，twb热空气中的水分压P空水传热推动力：热空气的温度t空气物料表面的温度t物表四、对流干燥过程实质本讲稿第三十页，共一百零四页Review五、湿空气的性质(3)(3)湿含量湿含量 xkg水蒸汽/kg绝干空气1、湿度(2)相对湿度(1)(1)绝对湿度绝对湿度2 2、比容：、比容：、比容：、比容：1kg1kg湿空气湿空气湿空气湿空气所具有的体积（所具有的体积（包括（包括（1-x）kg绝干空气及绝干空气及x kg水）水）本讲稿第三十一页，共一百零四页焓：1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。对于空气-水系统：3.焓I(Totalenthalpy)Review五、湿空气的性质4.温度温

19、度(1)干球温度干球温度 t(2)湿球温度湿球温度 twb(3)绝热饱和冷却温度绝热饱和冷却温度 tac(4)露点温度露点温度 td 本讲稿第三十二页，共一百零四页绝绝热热饱饱和和冷冷却却温温度度：不饱和的湿空气等焓降温到饱和状态时的温度。高温不饱和空气与水在绝热条件下进行传热、传质并达到平衡状态的过程。达到平衡时，空气与水温度相等，空气被水的蒸汽所饱和。I,x,t 空气的初始热含量、湿含量及干球温度空气的初始热含量、湿含量及干球温度绝热饱和过程绝热饱和过程(Adiabatic saturation process)：Iac,xac,tac 绝热饱和时的热含量、湿含量及干球温度绝热饱和时的热含

20、量、湿含量及干球温度，ctac汽化潜热和比热汽化潜热和比热湿含量的增量湿含量的增量为为使使这这部部分分水水汽汽化化，需需要要空空气气传传给给水水的的热热量量，也就是空气减少的热含量为：也就是空气减少的热含量为：本讲稿第三十三页，共一百零四页这这部部分分水水又又以以水水蒸蒸气气形形式式进进入入空空气气，带带入的热量为：入的热量为：则，空气通过饱和增湿器时焓的增量为：则，空气通过饱和增湿器时焓的增量为：通常此项远小于通常此项远小于I，可认为：，可认为：又：又：单单位位质质量量绝绝干干空空气气进进入入和和离离开开绝绝热饱和器是的热容热饱和器是的热容实实验验表表明明，空空气气-水水系系统统绝绝热热饱饱

21、和和温度近似等于其湿球温度温度近似等于其湿球温度本讲稿第三十四页，共一百零四页温度为t的不饱和空气在等湿下冷却至温度等于td的饱和状态，此时x=xs,td。露露点点：在在湿湿含含量量保保持持不不变变的的条条件件下下，不不饱饱和和空空气气冷冷却却到到饱饱和和状状态态时时的的温温度度，以以t td d表示；相应的湿含量为饱和湿含量，以表示；相应的湿含量为饱和湿含量，以x xs,tds,td表示。表示。处处于于露露点点温温度度的的湿湿空空气气的的相相对对湿湿度度 =1 1，空空气气湿湿度度达达到到饱饱和和湿湿度度，湿湿空空气气中中水水汽分压等于露点温度下水的饱和蒸气压，则汽分压等于露点温度下水的饱和

22、蒸气压，则水蒸气水蒸气-空气系统：空气系统：不饱和空气不饱和空气t tac（或（或 twb）td；饱和空气；饱和空气 t=tas=td 本讲稿第三十五页，共一百零四页已知湿空气的总压为101.325kPa，相对湿度为50%，干球温度为20。试求：(1)湿含量；(2)水蒸气分压p;(3)露点td(4)焓I(5)如将500kg/h干空气预热至117，求所需热量Q(6)每小时送入预热器的湿空气体积V本讲稿第三十六页，共一百零四页本讲稿第三十七页，共一百零四页本讲稿第三十八页，共一百零四页等湿含量线湿湿空空气气参参数数的的计计算算比比较较繁繁琐琐，甚甚至至需需要要试试差差。为为了了方方便便和和直直观观

23、，通常使用湿度图。通常使用湿度图。等焓线等温线饱和空气线pw-x线本讲稿第三十九页，共一百零四页对于空气-水系统，tastw，等tas 线可近似作为等tw线。每一条绝热冷却线上所有各点都具有相同的tas。物理意义：以绝热冷却线上所有各点为始点，经过绝热饱和过程到达终点时，所有各状态气体的温度都变为同一温度。(1)等湿含量线等湿含量线(等等 x 线线)(2)等焓线（等等焓线（等 I 线线）对给定的tac：t=f(x)在同一条等湿线上不同点所代表的湿空气状态不同，但x相同，露点是将湿空气等x冷却至=1时的温度。二、湿空气的湿焓图二、湿空气的湿焓图本讲稿第四十页，共一百零四页I与x呈直线关系，t越高

24、，等t线的斜率越大，读数0-250C。(4)等相对湿度线(等 线)总压P 一定，对给定的：因 pws=f(t)，故 x=f(t)。(5)蒸气分压线总压P 一定，ps=f(x)，p-x近似为直线关系。(3)等干球温度线(等t 线)本讲稿第四十一页，共一百零四页两个参数在曲线上能相交于一点，即这两个参数是独立参数，这些参数才能确定空气的状态点。=100%，空气达到饱和，无吸湿能力。100%，属于未饱和空气，可作为干燥介质。越小，干燥条件越好。1.确定空气的干燥条件确定空气的干燥条件2.确定空气的状态点，查找其它参数确定空气的状态点，查找其它参数3.确定绝热饱和冷却温度或湿球温度确定绝热饱和冷却温度

25、或湿球温度等I干燥过程4.确定露点温度确定露点温度等x冷却过程本讲稿第四十二页，共一百零四页 例：例：已知湿空气的干球温度已知湿空气的干球温度t=30，相对湿度相对湿度=0.6，求湿空气的求湿空气的湿度湿度H，露点露点td、tas。t=30AH=0.016kg/kg干气Dtd=21等焓线Ctas=23本讲稿第四十三页，共一百零四页一、湿物料的性质二、干燥系统的物料衡算三、干燥系统的热量衡算四、空气通过干燥器时的状态变化本讲稿第四十四页，共一百零四页、湿基水分v%即是以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数、干基水分u%不含水分的物料通常称为绝对干物料或称干料。以绝对干物料为基准的湿

26、物料中含水量，称为干基含水量。本讲稿第四十五页，共一百零四页绝对干料的质量在干燥过程中是不变的，故用干基含水量计算较为方便。这两种含水量之间的换算关系如下：本讲稿第四十六页，共一百零四页3、湿物料的比热容cm 4、湿物料的焓I本讲稿第四十七页，共一百零四页通过物料衡算可确定将湿物料干燥到规定的含水量所除去的水分量、空气消耗量。、水分蒸发量通过干燥器的湿空气中绝干空气量是不变的，又因为湿物料通过干燥器的湿空气中绝干空气量是不变的，又因为湿物料中蒸发出的水分被空气带走，故湿物料中水分的减少量等于湿中蒸发出的水分被空气带走，故湿物料中水分的减少量等于湿物料中水分汽化量等于湿空气中水分增加量。即：物料

27、中水分汽化量等于湿空气中水分增加量。即：湿空气G,H1G,H2湿物料GC,X1或L1,w1湿物料GC,X2或L2,w2水分蒸发本讲稿第四十八页，共一百零四页、干空气消耗量、干空气消耗量 如以0表示预热前的湿度，而空气经预热前、后的湿度不变，故01。湿空气用量为：湿空气体积为：二、干燥系统的物料衡算本讲稿第四十九页，共一百零四页3 3、干燥产品的流量、干燥产品的流量L L2 2本讲稿第五十页，共一百零四页通过干燥器的热量衡算可以确定物料干燥所消耗的热量或干燥器排出通过干燥器的热量衡算可以确定物料干燥所消耗的热量或干燥器排出废气的状态废气的状态(H(H2 2、I I2 2)。热量衡算时以汽化kg水

28、分为计算基准，温度以0为基准。1、预热器的加热量计算、预热器的加热量计算 如图所示，若忽略预热器周围热损失，加入预热器中的热量为：本讲稿第五十一页，共一百零四页Qp预热器向气体提供的热量，kW；QD向干燥器补充的热量，kW；QL 干燥器的散热损失，kW。湿物料Lc,X1,1,I1干燥产品Lc,X2,2,I2热气体G,H1,t1,I1湿废气体G,H2,t2,I2湿气体G,H0,t0,I0QpQdQl预热器干燥器本讲稿第五十二页，共一百零四页2 2、干燥器的热量衡算、干燥器的热量衡算 输入热量 u(1)空气进入干燥器带入热量：GI1u(2)湿物料进入干燥器带入热量：LcI1u(3)干燥器内补充加入

29、的热量：QD三、干燥系统的热量衡算本讲稿第五十三页，共一百零四页三、干燥系统的热量衡算2、干燥器的热量衡算 输出热量 u(1)空气自干燥器排出带走热量：GI2u(2)物料出干燥器带走热量：LcI2u(3)干燥器向周围损失的热量：QL本讲稿第五十四页，共一百零四页在稳定干燥过程中，输入量等于输出量，干燥器热量衡算式为：三、干燥系统的热量衡算本讲稿第五十五页，共一百零四页3 3、干燥系统消耗的总热量、干燥系统消耗的总热量三、干燥系统的热量衡算加入系统的总热量加入系统的总热量：（1）加热空气；）加热空气；（2）蒸发物料中的水分；（）蒸发物料中的水分；（3）加热物料；）加热物料；（4）补偿热损失）补偿

30、热损失本讲稿第五十六页，共一百零四页4 4、干燥系统的热效率、干燥系统的热效率干燥系统的热效率是干燥器操作性能的一个重要指标。热效率高，表明热的利用程度好，操作费用低，同时可合理利用能源，使产品成本降低。因此，在操作过程中，希望可获得尽可能高的热效率。(1)(1)定义定义三、干燥系统的热量衡算本讲稿第五十七页，共一百零四页降低空气出口温度和提高空气的出口湿度，但提高空气的出口湿度将使物料中的水分向气相传递的推动力降低，影响干燥速率和物料的最终干燥程度。尽量利用废气中的热量，如用废气预热冷空气或湿物料，减少设备和管道的热损失，都有助于热效率的提高。用热空气作干燥介质时，热效率=30-60%；应用

31、部分废气循环时，热效率=50-75%。(2)(2)提高热效率的途径提高热效率的途径本讲稿第五十八页，共一百零四页空气在预热器中经历的是等湿升温过程，只要被加热的温度已定，空气的状态参数很容易确定。空气在干燥器中，由于空气和物料间进行热、质传递，使空气增湿降温，及干燥器中补充加热，热损失等诸因素的影响，使空气离开干燥器的状态难于确定，通常按下列两种情况计算。1、等焓干燥过程2、实际干燥过程本讲稿第五十九页，共一百零四页1 1、等焓干燥过程、等焓干燥过程(理想干燥过程、绝热干燥过程)等焓干燥过程是指干燥在绝热情况下进行的，空气在进出干燥器的焓值不变，即I1I2。等焓干燥过程应满足以下条件：a.不向

32、干燥器重补充热量，即QD=0.b.忽略干燥器向周围散失的热量，即QL=0.c.物料进出干燥器的焓相等，即G(I2-I1)=0本讲稿第六十页，共一百零四页2、非等焓干燥过程1 12 2本讲稿第六十一页，共一百零四页在连续干燥器中用热空气作介质对物料进行干燥。湿物料的处理量为1600kg/h，进、出干燥器的湿基含水量分别为0.12和0.02，空气进、出干燥器的湿度分别为0.01和0.028。试求水分蒸发量、单位空气消耗量和新鲜空气消耗量、干燥产品量。本讲稿第六十二页，共一百零四页本讲稿第六十三页，共一百零四页在常压绝热干燥器中将在常压绝热干燥器中将1500kg湿物料从原始含水湿物料从原始含水量量1

33、8降至降至1.5(湿基湿基)。空气温度为。空气温度为25、湿度为、湿度为0.01，在预热器升温至，在预热器升温至90后进入干燥器，离开干后进入干燥器，离开干燥器的温度为燥器的温度为50。试计算：完成任务所需新鲜空。试计算：完成任务所需新鲜空气量、预热器的热负荷。气量、预热器的热负荷。本讲稿第六十四页，共一百零四页本讲稿第六十五页，共一百零四页本讲稿第六十六页，共一百零四页第四节 物料的平衡含水量一、物料的干燥实验曲线二、物料的平衡含水量曲线三、恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间本讲稿第六十七页，共一百零四页一、物料的干燥实验曲线（一）干燥实验曲线干燥曲线：X、与 的关系曲线空气温度湿度流速与物

34、料接触状况恒定干燥条件：实验装置（图7-10）本讲稿第六十八页，共一百零四页1.预热段：物料升温，X变化不大。物料温度小于该空气条件（t，H）下的湿球温度tw，空气温度与物料存在温度差传热推动力，空气向物料传递热量，物料温度升高。（二）干燥过程的三阶段物料表面水汽压力大于空气中水汽压力传质推动力，物料表面水分汽化。开始阶段，汽化量小，汽化所需热量小于空气传入热量，物料升温，汽化速度加大水分汽化所需热量等于空气传入物料的热量，=tw。预热段结束，进入恒速干燥阶段。A干基含水量XXctwECBAECBtX*物料表面温度干燥时间预热段恒速段降速段DD本讲稿第六十九页，共一百零四页（二）干燥过程的三阶

35、段物料表面润湿，内部水分向表面扩散2.恒速干燥段：物料温度恒定在tw，X 呈直线，气体传给物料热量全部用于湿份汽化。物料温度等于该空气条件（t，H）下的湿球温度tw，空气温度与物料存在温度差不变传热推动力恒定。物料表面水汽压力为tw条件下的饱和湿度，空气中水汽压力恒定传质推动力恒定。A干基含水量XXctwECBAECBtX*物料表面温度干燥时间预热段恒速段降速段DD本讲稿第七十页，共一百零四页（二）干燥过程的三阶段临界点C：恒速干燥阶段与降速干燥阶段的临界点。临界含水量。物料内部水分向表面扩散的速率下降，导致表面不能完全润湿，出现不润湿点，水化的汽化速度减小，直到表面完全不润湿。CD段第一降速

36、段3.降速干燥段：汽化表面从物料表面向内部转移，热量通过固体传递到汽化面，汽化了的水汽穿过固体空隙向外部扩散，汽化速率进一步减小，直到E点，DE第二降速段，E点平衡含水量X*。A干基含水量XXctwECBAECBtX*物料表面温度干燥时间预热段恒速段降速段DD本讲稿第七十一页，共一百零四页二、物料的平衡含水量曲线（一）物料的平衡含水量曲线（一）物料的平衡含水量曲线平衡水分（X*）：不能用干燥方法除去的水分。X*=f（物料种类、空气性质）吸水性弱的小图7-13本讲稿第七十二页，共一百零四页（二）自由水分与平衡水分（二）自由水分与平衡水分根据物料在一定干燥条件下，其所含水分能否用干燥的方法除去来划

37、分，可分为平衡水分与自由水分。平衡水分：等于或小于平衡含水量，无法用相应空气所干燥的那部分水分。自由水分（XX*）：湿物料中大于平衡含水量，有可能被该湿空气干燥除去的那部分水分。本讲稿第七十三页，共一百零四页(三三)结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分结合水分结合水分水与物料有结合力，pwps。非结合水分非结合水分水与物料无结合力或结合力较弱，pwps。据据物料与水分结合力物料与水分结合力的状况，可分为结合水分和非结的状况，可分为结合水分和非结合水分。合水分。本讲稿第七十四页，共一百零四页注意：注意：平衡水分与自由水分，结合水分与非结合水分是两种概念不同的区分方法。自由水分是在干燥中可以除

38、去的水分，而平衡水分是不能除去的，是指定空气条件下干燥的极限。自由水分和平衡水分的划分除与物料有关外，还决定于空气的状态。且一定是结合水分。非结合水分是在干燥中容易除去的水分，而结合水分较难除去。是结合水还是非结合水仅决定于固体物料本身的性质，与空气状态无关。本讲稿第七十五页，共一百零四页干燥过程：当湿物料与不饱和空气接触时，X 向 X*接近，干燥过程的极限为 X*。物料的 X*与湿空气的状态有关，空气的温度和湿度不同，物料的 X*不同。欲使物料减湿至绝干，必须与绝干气体接触。吸湿过程：若 XXh，则物料将吸收饱和气体中的水分使湿含量增加至湿含量 Xh，即最大吸湿湿含量，物料不可能通过吸收饱和

39、气体中的湿份使湿含量超过 Xh。欲使物料增湿超过 Xh，必须使物料与液态水直接接触。本讲稿第七十六页，共一百零四页Review一、物料的干燥实验曲线干燥曲线：X、与 的关系曲线空气温度;湿度;流速;与物料接触状况恒定干燥条件：干燥实验曲线:A干基含水量XXctwECBAECBtX*物料表面温度干燥时间预热段恒速段降速段DD本讲稿第七十七页，共一百零四页1.预热段：物料升温，X变化不大。2.恒速干燥段：物料温度恒定在tw，X 呈直线，气体传给物料热量全部用于湿份汽化。干燥过程的三阶段一、物料的干燥实验曲线Review3.降速干燥段：第一降速段，第一降速段临界点C：恒速干燥阶段与降速干燥阶段的临界

40、点。临界含水量。E点平衡含水量X*本讲稿第七十八页，共一百零四页自由水分与平衡水分根据物料在一定干燥条件下，其所含水分能否用干燥的方法除去来划分，可分为平衡水分与自由水分。Review结合水分与非结合水分结合水分水与物料有结合力，pw Xc，汽化的是非结合水分，汽化的是非结合水分。本讲稿第八十二页，共一百零四页恒速干燥特点恒速干燥特点：1.影响u的主要因素：t、H、u、空气与物料接触方式1.uuCconst.2.物料表面温度为tw；3.去除的水分为非结合水分；4.uC干燥条件决定，表面汽化控制；uC的来源：（1）由干燥速率曲线查得2.恒速阶段干燥时间计算本讲稿第八十三页，共一百零四页（三）降速

41、阶段（三）降速阶段1.降速干燥段特点降速干燥段特点：（1）随着干燥时间的延长，干基含水量X减小，干燥速率降低；（2）物料表面温度大于湿球温度；（3）除去的水分为非结合、结合水分；（4）降速干燥阶段的干燥速率与物料种类、结构、形状及尺寸有关，而与空气状态关系不大。本讲稿第八十四页，共一百零四页降速段干燥速率曲线的形状因降速段干燥速率曲线的形状因物料的结构和吸湿性物料的结构和吸湿性而异而异。多多孔孔性性物物料料(Porous media)：湿份主要是藉毛细管作用由内部向表面迁移。非非多多孔孔性性物物料料(Nonporous media)：借助扩散作用向物料表面输送湿份，或将湿份先在内部汽化后以汽态

42、形式向表面扩散迁移。如肥皂、木材、皮革等。吸湿性物料吸湿性物料(Hygroscopic media)：与水份的亲合能力大。非吸湿性物料非吸湿性物料(Nonhygroscopic media)：不同物料的干燥机理不同，湿份内扩散机理不同，干燥速率曲线的形状不同，情况非常复杂，故干燥曲线应由实验的方法测定。降速段干燥速率曲线的形状降速段干燥速率曲线的形状本讲稿第八十五页，共一百零四页方法：方法：（1）图解积分法）图解积分法X*XCuCX22.降速阶段干燥时间计算降速阶段干燥时间计算在在 X2 Xc 之之间间取取一一定定数数量量的的 X 值值，从从干干燥速率曲线上查得对应的燥速率曲线上查得对应的 u

43、，计算，计算 1/u；作作图图1/u X，计计算算曲曲线线下下面面阴阴影影部部分分的的面积。面积。本讲稿第八十六页，共一百零四页总干燥时间：当X*=0时，（2）解析计算法）解析计算法本讲稿第八十七页，共一百零四页（四）临界含水量（四）临界含水量 XC1.吸水性强的物料XC吸水性弱的物料XC2.物料层越薄、分散越细，XC越低3.干燥条件：t,H,u。uC越大，XC越高。物料在干燥过程中经历了物料在干燥过程中经历了预热、恒速、降速干燥阶段预热、恒速、降速干燥阶段，用临界，用临界含水量含水量X Xc c加以区分，加以区分，X Xc c越大，越早地进入降速阶段越大，越早地进入降速阶段，使完成相同的干燥

44、，使完成相同的干燥任务所需的任务所需的时间越长时间越长，X Xc c的大小不仅与干燥速率和时间的计算有关，同的大小不仅与干燥速率和时间的计算有关，同时由于影响两个阶段的因素不同，因此确定时由于影响两个阶段的因素不同，因此确定X Xc c值对强化干燥过程也有重值对强化干燥过程也有重要意义要意义。本讲稿第八十八页，共一百零四页一、常用对流干燥设备简介二、干燥设备选择本讲稿第八十九页，共一百零四页一、常用对流干燥设备简介干燥器类型较多，分类方法也较多，可按加工方式、操作压力、操作方式分类等。一般分为：间歇常压干燥器：厢式干燥器（盘架式干燥器）间歇减压干燥器：耙式干燥器连续常压干燥器：气流干燥器连续减

45、压干燥器：减压滚筒干燥器本讲稿第九十页，共一百零四页一、常用对流干燥器简介（一）厢式干燥器(盘架式干燥器)小型的称为烘箱，大型的称为烘房，可同时处理多种物料。通常在常压或真空下间歇操作。厢内设有支架，湿物料放在矩形浅盘内，或悬挂在支架上(板状物料)，空气经加热器预热并均匀分配后，平行掠过物料表面，离开物料表面的湿废气体，部分排空，部分循环，与新鲜空气混合后用作干燥介质。本讲稿第九十一页，共一百零四页优点优点：结构简单，装卸灵活、方便，适应性强，：结构简单，装卸灵活、方便，适应性强，适用于小批量、多品种物料的干燥；适用于小批量、多品种物料的干燥；缺点：缺点：分散差，劳动强度大，干燥时间长，设分散

46、差，劳动强度大，干燥时间长，设备体积大。备体积大。（一）厢式干燥器(盘架式干燥器)本讲稿第九十二页，共一百零四页（二）转筒式干燥器 主体:沿轴向装抄板圆筒,略倾斜，齿轮机构驱动作旋转运动；物料由转筒较高一端送，由较低端出，热风由转筒低端入，由高端出，气固两相呈逆流接触；随着圆筒旋转，物料被炒板抄起然后洒下，改善传热传质，提高干燥速率；物料湿含量较低，产品能承受高温，宜采用逆流干燥。物料湿含量较高、产品湿含量不是很低的场合宜采用并流干燥。本讲稿第九十三页，共一百零四页特点特点:国内现有转筒干燥器的直径一般为0.5-3m，长度为2-27 m，长径比为4-10，物料在转筒内的装填量约为筒体容积的8-

47、13%，物料沿转筒轴向前进的速度为0.01-0.08m/s，其停留时间一般为1h左右。(1)机械化程度较高，生产能力较大；(2)干燥介质通过转筒的阻力较小；(3)对物料的适应性较强，操作稳定方便，运行费用较低；(4)装置比较笨重，金属耗材多，传动机构复杂，维修量较大；(5)设备投资高，占地面积大。本讲稿第九十四页，共一百零四页（三）（三）流化床干燥器流化床干燥器 加料口加入，热气体穿过流化床底部多孔分布板，形成许多小气流射入物料层。气速控制，形成沸腾状流化床。产品经床侧出料管卸出，湿废气体由引风机从床层顶部抽出排空，旋风分离器分离所夹带少量细微粉。单层流化床干燥器本讲稿第九十五页，共一百零四页

48、 固体在每一层完全混合，但层与层之间不相混。改善了物料停留时间的分布，层数越多，产品湿含量愈均匀。国内使用五层流化床干燥涤纶切片，效果很好。气固两相逆流流动，有利于降低产品的湿含量，且可使热量的利用更加充分。多层流化床特别适合于产品湿含量较低、冷物料不能承受强烈干燥而干物料可以耐高温的场合。多层床其结构复杂，气体的流动阻力也较大，因而限制了多层流化床的应用。多层流化床干燥器多层流化床干燥器主要问题：主要问题：控制物料顺利流至下一层的量，且不使气体沿溢流管短路跑掉。在应用中常因操作不当而不能正常生产。本讲稿第九十六页，共一百零四页卧式多室流化床干燥器卧式多室流化床干燥器 床为矩形截面，用挡板将床

49、分为多个室，挡板与气体分布板间有间隙使物料逐室通过。最后一室通入冷空气。特特点点：产品含水量均匀；各室气温和流量可调节，热量利用充分；物料和气体错流，流动阻力小，动力消耗少；最后一室冷却便于包装。本讲稿第九十七页，共一百零四页（四）（四）气流干燥器气流干燥器 特点：特点：(1)干燥速度快，两传热传质面积。热气体速度高,相对速度很大，体积小。(2)并流，使用高温气体作为干燥介质不会烧坏物料。(3)时间短，气流干燥又称为快速干燥或闪蒸干燥，特别适合于热敏性物料干燥。(4)物料呈活塞流流动，干燥产品湿含量均匀。(5)结构简单，投资少，占地面积小，操作方便，性能稳定，维修量小。本讲稿第九十八页，共一百

50、零四页问题：问题：(1)物料停留时间短，只适合于干燥非结合水分的干燥，故常被用作物料的预干燥；(2)颗粒破碎现象比较严重，颗粒之间以及颗粒与器壁之间的碰撞与摩擦。故不适合于干燥晶形不允许破坏的物料；(3)气固两相分离任务很重，固体产品的放空损失较大，粉料排空对环境造成一定污染；(4)气固两相接触时间短，传热不充分，气体放空损失大，热效率较低；(5)气体通过干燥系统的流动阻力较大，因而风机的动力消耗较高，故总能耗较高。本讲稿第九十九页，共一百零四页（五）（五）喷雾干燥器喷雾干燥器 用于干燥溶液、浆液或悬浮液。液状物料由雾化器喷成雾状细滴并分散于热气流中，使水分迅速汽化而获得微粒状干燥产品。雾滴直